EP2606205A2 - Dampfturbine mit zwischenüberhitzung - Google Patents

Dampfturbine mit zwischenüberhitzung

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EP2606205A2
EP2606205A2 EP11760733.3A EP11760733A EP2606205A2 EP 2606205 A2 EP2606205 A2 EP 2606205A2 EP 11760733 A EP11760733 A EP 11760733A EP 2606205 A2 EP2606205 A2 EP 2606205A2
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EP
European Patent Office
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steam
pressure part
low
control valve
volume flow
Prior art date
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EP11760733.3A
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Richard Geist
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP2606205B1 publication Critical patent/EP2606205B1/de
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    • F01K7/24—Control or safety means specially adapted therefor
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    • F22—STEAM GENERATION
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    • F22G5/18—Controlling superheat temperature by by-passing steam around superheater sections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/606—Bypassing the fluid

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine according to the preamble of claim 1 and a method for controlling the moisture content of a steam turbine according to the preamble of Pa ⁇ tentencies 5.
  • Conventional steam turbines have at least one high-pressure section and a low pressure part. With the low-pressure part, the temperature of the steam drops very sharply, resulting in partial condensation of the steam. However, the low-pressure part is very sensitive to the moisture content of the steam. Reaches the vapor in the low pressure part of the turbine ei ⁇ ne wetness of approximately 8 to 10 percent, measures to ergrei ⁇ fen, which reduce the moisture content of the steam prior to entering the low pressure part to an acceptable level is.
  • the steam is supplied for this purpose before entering the low-pressure part of a reheatening.
  • the steam is heated, so that the moisture content decreases.
  • the reheat fed and raised to approximately the temperature of the live steam.
  • the steam is then fed to the low-pressure part. Without a sol ⁇ che reheat steam turbine would have to be stopped because condensed water droplets may impinge on the rotating turbine blades and thus would cause damage to the turbine.
  • the total steam flow is first fed to a reheat and - in at least one other switching position, which is located between the first and second end position, a first partial volume flow of the reheat is supplied and a second partial volume flow without reheat the low pressure part can be fed.
  • the steam turbine is improved to the effect that by the control valve and its design no longer the entire steam flow rate must be supplied to the intermediate overheating when reaching a certain moisture content, but that only a partial volume flow is removed and this is the intermediate superheating is supplied. Subsequently, the temporarily heated partial volume flow is fed together with the remaining steam volume flow to the low-pressure part of the steam turbine.
  • the control valve can be infinitely adjusted between the first and the second end position, so that the partial volume flow supplied to the reheat can be selected steplessly.
  • Steam turbine regulate be used and need only be provided with the appropriate supply and discharge lines for reheating.
  • the internal control valves also have the advantage that they can be accommodated very space-saving in the housing of the steam turbine.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the steam volume flow, which is supplied to the intermediate overheating, is dependent on the moisture and / or the temperature of the steam after the high-pressure part. It is as described previously necessary that the Nässege holding does not exceed ⁇ the steam before entering the low-pressure part of a permissible value. This value is übli ⁇ chate at a moisture content of 8 to 10 percent. The wetness describes the water content, ie in the steam. To ensure that this does not exceed the permissible value, the moisture content is preferably at the outlet of the high-pressure part by measuring the temperature and / or Moisture content determined by itself.
  • the measurement after the high ⁇ pressure part does not mean that necessarily must be measured directly at the outlet of the high pressure part, but only that the measurement between the end of the high pressure part and the supply must be made for reheating, so that a corresponding partial volume flow of the reheat can be supplied.
  • the control valve can preferably be connected to a Re ⁇ geliki, which makes a corresponding adjustment of the Re ⁇ gelventils due to the measured temperature and / or humidity, so that the necessary partial volume flow of the reheatening is supplied.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the steam, which is supplied to the reheat, is heated to a temperature at which the moisture in the steam is lowered to a value permissible for the low-pressure part. Conveniently, the steam is not heated above this level, otherwise more energy is consumed for reheat than is necessary. This would the efficiency of the steam turbine unnecessarily 29lech ⁇ ter.
  • the inventive method for controlling the moisture content on entering the low-pressure part of a steam turbine where ⁇ particular includes a switchable control valve in the steam turbine is characterized by the following steps:
  • the method thus differs from the prior art in that really only the necessary partial volume flow of the reheat is supplied and not as previously the total steam volume flow. By removing a previously determined partial volume flow, a particularly efficient operation of the steam turbine can be ensured. As a result, the efficiency of the steam turbine over the prior art is significantly improved. Further advantages and embodiment of the invention will be described below with reference to FIGS.
  • Figure 1 is a circuit diagram of a steam turbine according to the invention
  • Figure 2 is a sectional view of the steam turbine according to the invention in operation without reheat and
  • Figure 3 is a sectional view of the turbine according to the invention during operation with reheat.
  • FIG. 1 shows schematically the block diagram of a steam turbine according to the invention.
  • the steam turbine comprises at least one high-pressure part 1 and one low-pressure part 2.
  • the live steam initially flows via an inlet valve 5 into the high-pressure part 1 of the steam turbine.
  • the un ⁇ ter high pressure and high temperature is standing steam relaxes and is expanded to a lower pressure and a nied- complicated temperature steam is then passed to the low pressure part 2 of the steam turbine where it is further expanded and thereby further to temperature and pressure loses.
  • a control valve 3 is arranged, which is preferably infinitely movable between two ⁇ end positions.
  • the control valve 3 In the first end position of the control valve 3, the control valve 3 is fully ⁇ constantly open, whereby the entire steam flow V from the high-pressure part 2 is completely supplied via the control valve 3 to the Never ⁇ derdruckteil 2. In its second end position, the control valve 3 is completely closed, so that the entire steam volume flow V is guided by the high-pressure part 1 via a reheat 4, where it is heated and then fed to the low-pressure part 2. In the interim ⁇ rule overheating 4 is essentially a heat exchanger. By heating the steam volume flow V, the moisture in the steam volume flow V is reduced.
  • the control valve 3 can be moved continuously between these two Endpo ⁇ sitions. In this case, depending on the position of the control valve 3, a more or less large vapor volume flow V z is conducted via the reheat 4 and the remaining vapor volume flow Vo is added directly to the low-pressure part 2 via the control valve 3.
  • the sectionvolu ⁇ menstrum V z is chosen only as large as necessary to achieve a certain moisture content of the total volume flow V at the entrance of the low pressure part 2. Characterized that only a partial volume flow V z of the SwissGerman- overheating 4 is supplied, the result is an energetically günsti ⁇ ger operation of the steam turbine. A heating of the total steam flow V as this is still necessary, can be omitted.
  • the vapor volume flow V z, which rule overheating of the intermediate 4 is supplied, is dependent on the moisture and / or temperature of the steam to the high pressure part 1. A moisture content of 8 to 10 percent should not be exceeded in the re ⁇ gel.
  • the regulation takes place so that the control valve 3 is more or less open, depending on the moisture content and / or the tempering temperature ⁇ and so a more or less large part of the volume flow V z reheat 4 is added.
  • the steam, which is supplied to the reheat 4, is doing to a
  • the method for controlling the moisture content on entering the low-pressure part of the steam turbine 2 ge ⁇ shows to be short on the basis of the shown in Figure 1 block diagram.
  • it is initially not ⁇ agile, to determine the moisture content and / or the temperature of the steam to the high pressure part. 1
  • the determination of the moisture content or the temperature must be carried out before the control ⁇ valve 3, so as to be able to initiate suitable steps NEN to reduce the moisture content or to increase the steam temperature.
  • the to be removed Partial volume flow V z depends on the wetness content and / or the temperature of the steam after the high-pressure part 1.
  • the partial volume flow V z which is the reheate 4 supplied, is set via the control valve 3. If the control valve 3 is moved in the closing direction, there is a stronger throttling on the control valve 3, whereby more Dampfvolu ⁇ menstrom V z flows through the reheater 4.
  • FIG. 2 shows an axial section through a steam turbine with a high-pressure part 1 and a low-pressure part 2.
  • the never ⁇ derdruckteil 2 is formed in three stages. Based on the figure 2, the vapor flow V is to be displayed at fully open control valve 3.
  • the steam volume flow V first enters via an inlet valve 5 and the Einströmge ⁇ housing the steam turbine in the high pressure part 1 of the steam turbine ⁇ ne and is initially relaxed there. The thus relaxed steam leaves the high pressure part 2 and flows through the control ⁇ valve 3, which is formed in the embodiment as an internal control gel.
  • control valve 3 is in a first end position in which it is fully open. As a result, it represents only a very low flow resistance, so that the entire steam flow V flows completely through the control valve 3, directly into the low-pressure part 2 of the steam turbine ⁇ and relaxed to the ambient pressure or a slight negative pressure and then the Nie ⁇ derdruckteil 2 leaves.
  • the control valve 3 is always one of its first end position, ie in the fully open position, when coming from the high pressure part 1 steam flow V a permissible value in terms of its wetness and / or temperature. If the permissible temperature is exceeded or the permissible moisture content of the steam is exceeded, the control valve 3 is closed more or less strongly.
  • control valve 3 If the control valve 3 is completely closed, i. if it is in its second end position, then the entire volume flow V is fed to a reheate 4. This case is shown in more detail in FIG.
  • FIG. 3 shows the steam turbine shown in FIG. In this setting, the control valve 3 is completely ge ⁇ closed so that all of the vapor volume flow V of the reheat 4 is supplied and is heated there.
  • the moisture content in the steam is reduced to a permissible value and the steam is then supplied to the low-pressure part 2.
  • first end position (FIG. 2) and the second end position (FIG. 3) there are preferably any number of intermediate positions in which a partial volume flow Vo of the steam is added directly to the low-pressure part 2 via the control valve 3 and a second partial volume flow V z via the intermediate superheating 4 is first heated and then the low pressure part 3 of the steam turbine is added.
  • the two partial volume flows Vo / V z are mixed in the inner casing of the steam turbine and enter as a total volume flow V in the low-pressure part 2 a.
  • the inventive steam turbine does not need as previously the case, the entire flow of a reheat be added if the moisture content exceeds a permissible value in the volume flow or the permissible steam Tempe ⁇ temperature is not reached.
  • the steam turbine according to the invention is very productive ago ⁇ parts in applications with widely fluctuating steam parameters, such as the case of biomass or solar application.
  • the moisture content or the temperature of the steam can be adjusted by the fiction, ⁇ modern steam turbine very quickly to a permissible value.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit wenigstens einem Hochdruckteil (1) und wenigstens einem Niederdruckteil (2), wobei zwischen dem Hochdruckteil (1) und dem Niederdruckteil (2) wenigstens ein Regelventil (3) angeordnet ist. Das Regelventil (3) ist zwischen zwei Endpositionen vorzugsweise stufenlos bewegbar, wobei in einer ersten Endposition des Regelventils der Dampfvolumenstrom V vollständig über das wenigstens eine Regelventil (3) dem Niederdruckteil (2) zuführbar ist, in einer zweiten Endposition der gesamte Dampfvolumenstrom V zunächst einer Zwischenüberhitzung (4) zufügbar ist und in wenigstens einer weiteren Schaltstellung, die sich zwischen der ersten und der zweiten Position befindet, ein erster Teilvolumenstrom der Zwischenüberhitzung (4) und ein zweiter Teilvolumenstrom ohne Zwischenüberhitzung den Niederdruckteil (2) zuführbar ist. Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Regelung des Nässegehaltes beim Eintritt in den Niederdruckteil (2) einer Dampfturbine, wobei die Turbine ein schaltbares Regelventil (3) umfasst.

Description

Beschreibung
Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Regelung des Nässegehaltes einer Dampfturbine nach dem Oberbegriff des Pa¬ tentanspruchs 5. Übliche Dampfturbinen weisen wenigstens einen Hochdruckteil und einen Niederdruckteil auf. Beim Niederdruckteil sinkt die Temperatur des Dampfes sehr stark ab, wodurch es zur teilweisen Kondensation des Dampfes kommt. Der Niederdruckteil ist jedoch sehr empfindlich was den Nässegehalt des Dampfes be- trifft. Erreicht der Dampf im Niederdruckteil der Turbine ei¬ ne Nässe von ca. 8 bis 10 Prozent, sind Maßnahmen zu ergrei¬ fen, die den Nässegehalt des Dampfes vor dem Eintritt in den Niederdruckteil auf ein zulässiges Maß reduzieren. Üblicher¬ weise wird der Dampf hierzu vor dem Eintritt in den Nieder- druckteil einer Zwischenüberhitzung zugeführt. In der Zwischenüberhitzung wird der Dampf erhitzt, sodass der Nässegehalt sinkt. Bei dieser Zwischenüberhitzung wird der gesamte Dampfmassenstrom nach dem Hochdruckteil aus der Turbine ent¬ nommen, der Zwischenüberhitzung zugeführt und annähernd auf die Temperatur des Frischdampfs angehoben. Anschließend wird der Dampf dann dem Niederdruckteil zugeführt. Ohne eine sol¬ che Zwischenüberhitzung müsste die Dampfturbine angehalten werden, da auskondensierte Wassertropfen auf die sich drehenden Turbinenschaufeln auftreffen könnten und dadurch Schäden an der Turbine verursachen würden.
Besonders für Turbinen mit stark schwankenden Dampfparametern, wie z.B. bei Biomassen oder Solaranwendungen, bereitet die Nässe im Dampf große Probleme. Die Zuführung des gesamten Dampfvolumenstroms zur Zwischenüberhitzung und das Aufheizen des gesamten Dampfvolumenstroms führen jedoch zu einer deut¬ lichen Herabsetzung des Wirkungsgrades der Dampfturbine. Ausgehend vom Stand der Technik ist es somit Aufgabe der Er¬ findung, eine Dampfturbine bereitzustellen, bei der in energetisch vorteilhafter Weise der Nässegehalt beim Eintritt in den Niederdruckteil der Dampfturbine auf ein zulässiges Maß beschränkt wird. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Dampfturbine bereitzustellen.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Dampfturbine durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsicht¬ lich des Verfahrens zur Regelung des Nässegehaltes beim Ein¬ tritt in den Niederdruckteil der Dampfturbine wird die Aufga¬ be durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 5 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander kombinierbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die erfindungsgemäße Dampfturbine mit wenigstens einem Hoch- druckteil und wenigstens einem Niederdruckteil, wobei zwi¬ schen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil wenigstens ein Regelventil angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass das Regelventil zwischen zwei Endpositionen bewegbar ist und wobei
- in der ersten Endposition des Regelventils der Dampfvolumenstrom vollständig über das wenigstens eine Regel¬ ventil den Niederdruckteil zuführbar ist,
- in der zweiten Endposition der gesamte Dampfvolumenstrom zunächst einer Zwischenüberhitzung zuführbar ist und - in wenigstens einer weiteren Schaltstellung, die sich zwischen der ersten und zweiten Endposition befindet, ein erster Teilvolumenstrom der Zwischenüberhitzung zuführbar ist und ein zweiter Teilvolumenstrom ohne Zwischenüberhitzung dem Niederdruckteil zuführbar ist.
Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist die Dampfturbine dahingehend verbessert, dass durch das Regelventil und deren Ausgestaltung nicht mehr der gesamte Dampfvolumenstrom beim Erreichen eines bestimmten Nässegehaltes der Zwischen- überhitzung zugeführt werden muss, sondern das lediglich ein Teilvolumenstrom entnommen wird und dieser der Zwischenüber- hitzung zugeführt wird. Anschließend wird der zwischenüber- hitzte Teilvolumenstrom zusammen mit dem übrigen Dampfvolumenstrom dem Niederdruckteil der Dampfturbine zugeführt.
Durch die Zwischenüberhitzung des Teilvolumenstroms wird der Gesamtvolumenstrom auf einen zulässigen Nässegehalt gebracht. Dabei wird aber nur eine vergleichsweise niedrige Energie zum Aufheizen des Teilvolumenstroms benötigt. Die erfindungsgemä¬ ße Dampfturbine bietet somit einen energetisch günstigeren Betrieb. Vorteilhafterweise kann das Regelventil zwischen der ersten und der zweiten Endposition stufenlos verstellt werden, sodass der, der Zwischenüberhitzung zugeführte Teilvolu- menstrom stufenlos gewählt werden kann.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist, dass wenigstens ein Regelven¬ til als innenliegendes Regelventil ausgebildet. Hierdurch können die innenliegenden Regelventile, die bislang schon den Volumenstrom zwischen Hochdruck- und Niederdruckteil der
Dampfturbine regeln, verwendet werden und müssen lediglich mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen zur Zwischenüber- hitzung versehen werden. Die innenliegenden Regelventile haben außerdem den Vorteil, dass sie sehr platzsparend im Ge- häuse der Dampfturbine untergebracht werden können.
Eine weiterhafte vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Dampfvolumenstrom, welcher der Zwischen- überhitzung zugeführt wird, abhängig ist von der Nässe und/oder der Temperatur des Dampfes nach dem Hochdruckteil. Wie bereits beschrieben ist es notwendig, dass der Nässege¬ halt des Dampfes vor Eintritt in den Niederdruckteil einen zulässigen Wert nicht überschreitet. Dieser Wert liegt übli¬ cherweise bei einem Nässegehalt von 8 bis 10 Prozent. Die Nässe beschreibt dabei den Wassergehalt, d.h. den im Dampf. Um sicherzustellen dass dieser den zulässigen Wert nicht überschreitet, wird der Nässegehalt vorzugsweise am Austritt des Hochdruckteils durch Messen der Temperatur und/oder des Nässegehaltes selbst bestimmt. Die Messung nach dem Hoch¬ druckteil bedeutet nicht, das unbedingt direkt am Austritt des Hochdruckteils gemessen werden muss, sondern nur dass die Messung zwischen dem Ende des Hochdruckteils und der Zuführung zur Zwischenerhitzung erfolgen muss, sodass ein entsprechender Teilvolumenstrom der Zwischenüberhitzung zugeführt werden kann. Das Regelventil kann vorzugsweise mit einer Re¬ geleinheit verbunden werden, die aufgrund der gemessenen Temperatur und/oder Nässe eine entsprechende Verstellung des Re¬ gelventils vornimmt, sodass der notwendige Teilvolumenstrom der Zwischenüberhitzung zugeführt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Dampf, welcher der Zwischenüberhitzung zugeführt wird, auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Nässe im Dampf auf ein für den Niederdruckteil zulässigen Wert gesenkt wird. Günstigerweise wird der Dampf nicht weiter über diesen Wert erhitzt, da ansonsten mehr Energie für die Zwischenüberhitzung aufgewendet wird, als notwendig ist. Dies würde den Wirkungsgrad der Dampfturbine unnötig verschlech¬ ter .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Nässegehaltes beim Eintritt in den Niederdruckteil einer Dampfturbine, wo¬ bei die Dampfturbine insbesondere ein schaltbares Regelventil umfasst, zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:
- Bestimmung des Nässegehaltes und/oder der Temperatur des Dampfes nach dem Hochdruckteil,
- bei Überschreiten eines vorgegebenen Nässegehaltes des Dampfes und/oder beim Unterschreiten einer vorgegebenen Dampftemperatur, Entnahme, zumindest eines Teilvolumenstroms ,
- erhitzen des entnommenen Teilvolumenstroms auf eine vor¬ bestimmte Nässe und/oder Temperatur, und
- Zuführen des gesamten Dampfvolumenstroms zum Niederdruckteil der Dampfturbine. Das Verfahren unterscheidet sich somit vom Stand der Technik dadurch, dass wirklich nur der notwendige Teilvolumenstrom der Zwischenüberhitzung zugeführt wird und nicht wie bislang der Gesamtdampfvolumenstrom. Durch die Entnahme eines zuvor ermittelten Teilvolumenstroms kann ein besonders effizienter Betrieb der Dampfturbine gewährleistet werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Dampfturbine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert. Weitere Vorteile und Ausgestaltung der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 Ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Dampfturbine ;
Figur 2 Ein Schnittbild der erfindungsgemäßen Dampfturbine im Betrieb ohne Zwischenüberhitzung und
Figur 3 Ein Schnittbild der erfindungsgemäßen Turbine während des Betriebes mit Zwischenüberhitzung .
Die Figuren zeigen jeweils stark vereinfachte Darstellungen der Erfindung, bei denen jeweils nur die für die Erfindung wesentlichen Bauteile gezeigt sind. Gleiche bzw. funktions- gleiche Bauteile sind figurübergreifend mit denselben Bezugs¬ zeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Dampfturbine. Die Dampfturbine umfasst dabei we- nigstens einen Hochdruckteil 1 und einen Niederdruckteil 2. Der Frischdampf strömt dabei zunächst über ein Einlassventil 5 in den Hochdruckteil 1 der Dampfturbine. Hier wird der un¬ ter hohem Druck und hoher Temperatur stehende Frischdampf entspannt und der auf einen niedrigeren Druck und einen nied- rigere Temperatur entspannter Dampf wird dann an den Niederdruckteil 2 der Dampfturbine weitergeleitet, wo er weiter entspannt wird und dabei weiter an Temperatur und Druck verliert. Zwischen dem Hochdruckteil 1 und dem Niederdruckteil 2 ist ein Regelventil 3 angeordnet, welches zwischen zwei End¬ positionen vorzugsweise stufenlos bewegbar ist. In der ersten Endposition des Regelventils 3 ist das Regelventil 3 voll¬ ständig geöffnet, wodurch der gesamte Dampfvolumenstrom V vom Hochdruckteil 2 vollständig über das Regelventil 3 dem Nie¬ derdruckteil 2 zugeführt wird. In seiner zweiten Endposition ist das Regelventil 3 vollständig geschlossen, so dass der gesamte Dampfvolumenstrom V vom Hochdruckteil 1 über eine Zwischenüberhitzung 4 geführt wird, dort erhitzt wird und an- schließend dem Niederdruckteil 2 zugeführt wird. Bei der Zwi¬ schenüberhitzung 4 handelt es sich im Wesentlichen um einen Wärmetauscher. Durch das Erhitzen des Dampfvolumenstroms V wird die Nässe im Dampfvolumenstrom V reduziert. Ein zu hohe Nässe, d.h. ein zu hoher Wasseranteil im Dampfvolumenstrom V würde ansonsten dazu führen, dass sich einzelne Wassertropfen bilden und diese auf die mit hoher Umfangsgeschwindigkeit sich drehenden Turbinenschaufeln im Niederdruckteil 2 auftreffen würden und dort zu starken Erosionsschäden an der Turbinenschaufel führen könnten. Neben den zwei Endpositionen kann das Regelventil 3 stufenlos zwischen diesen zwei Endpo¬ sitionen bewegt werden. In diesem Fall wird je nach Position des Regelventils 3 ein mehr oder weniger großer Dampfvolumenstrom Vz über die Zwischenüberhitzung 4 geführt und der restliche Dampfvolumenstrom Vo direkt über das Regelventil 3 den Niederdruckteil 2 zugefügt. Vorzugsweise wird der Teilvolu¬ menstrom Vz nur so groß gewählt, wie dies zum Erreichen eines bestimmten Nässegehaltes des Gesamtvolumenstroms V am Eingang des Niederdruckteils 2 notwendig ist. Dadurch, dass nur ein Teilvolumenstrom Vz der Zwischenüber- hitzung 4 zugeführt wird, ergibt sich ein energetisch günsti¬ ger Betrieb der Dampfturbine. Eine Erhitzung des gesamten Dampfvolumenstroms V wie dies derzeit noch notwendig ist, kann entfallen. Der Dampfvolumenstrom Vz, welcher der Zwi- schenüberhitzung 4 zugeführt wird, ist abhängig von der Nässe und/oder der Temperatur des Dampfes nach dem Hochdruckteil 1. Ein Nässegehalt von 8 bis 10 Prozent sollte dabei in der Re¬ gel nicht überschritten werden. Die Regelung erfolgt dabei so, dass in Abhängigkeit vom Nässegehalt und/oder der Tempe¬ ratur das Regelventil 3 mehr oder weniger stark geöffnet wird und so ein mehr oder weniger großer Teilvolumenstrom Vz der Zwischenüberhitzung 4 zugefügt wird. Der Dampf, welcher der Zwischenüberhitzung 4 zugeführt wird, wird dabei auf eine
Temperatur erhitzt, bei der die Nässe des gesamten Dampfvolu¬ menstromes V auf ein für den Niederdruckteil 2 zulässigen Wert gesenkt wird. Entscheidend ist dabei nicht der Nässege¬ halt im Teilvolumenstrom Vz sondern im Gesamtvolumenstrom V. Dieser darf einen zulässigen Nässegehalt nicht überschreiten. Obwohl es zweckmäßig ist die Dampfturbine so auszuführen dass das Regelventil 3 zwischen den beiden oben beschriebenen Endpositionen bewegbar ist, und somit ein vollständiges Strömen des gesamten Dampfvolumenstroms V entweder über die Zwischen- überhitzung 4 oder unmittelbar über das Regelventil 3 in den Niederdruckteil 2 der Dampfturbine ermöglicht, wird der Ge¬ danke der Erfindung auch nicht dadurch verlassen, dass eine Dampfturbine derart ausgebildet ist, dass ständig eine Min¬ destmenge an Dampf über die Zwischenüberhitzung 4 strömt.
Nachfolgend soll kurz anhand des in Figur 1 gezeigten Blockschaltbildes das Verfahren zur Regelung des Nässegehaltes beim Eintritt in den Niederdruckteil 2 der Dampfturbine ge¬ zeigt werden. Zur Regelung des Nässegehaltes beim Eintritt in den Niederdruckteil 2 der Dampfturbine ist es zunächst not¬ wendig, den Nässegehalt und/oder die Temperatur des Dampfes nach dem Hochdruckteil 1 zu bestimmen. Die Bestimmung des Nässegehaltes bzw. der Temperatur muss dabei vor dem Regel¬ ventil 3 erfolgen, um so geeignete Schritte einleiten zu kön- nen um den Nässegehalt zu reduzieren bzw. die Dampftemperatur zu erhöhen.
Wird bei der Bestimmung des Nässegehaltes und/oder der Tempe¬ ratur des Dampfes nach dem Hochdruckteil 1 festgestellt, dass der Nässegehalt zu hoch bzw. die Temperatur des Dampfes zu niedrig ist, sodass eine Gefahr von Tropfenschlagerosion besteht, so wird ein Teil des Dampfvolumenstroms V entnommen und der Zwischenüberhitzung 4 zugeführt. Der zu entnehmende Teilvolumenstrom Vz richtet sich dabei nach dem Nässegehalt und/oder der Temperatur des Dampfes nach dem Hochdruckteil 1. Der Teilvolumenstrom Vz, welcher der Zwischenüberhitzung 4 zugeführt wird, wird über das Regelventil 3 eingestellt. Wird das Regelventil 3 in Schließrichtung bewegt, so erfolgt eine stärkere Drosselung am Regelventil 3, wodurch mehr Dampfvolu¬ menstrom Vz über die Zwischenüberhitzung 4 strömt. Ein Öffnen des Regelventils 3 sorgt dafür, dass ein höherer Teilvolumenstrom Vo über das Regelventil 3 direkt in den Niederdruckteil 2 der Dampfturbine strömt. Die Teilvolumenströme Vo und Vz werden vor der Zuführung zum Niederdruckteil 2 zusammenge¬ führt und vermischen sich, sodass sich ein homogener Dampfvolumenstrom V ergibt. Figur 2 zeigt einen Axialschnitt durch eine Dampfturbine mit einem Hochdruckteil 1 sowie einem Niederdruckteil 2. Der Nie¬ derdruckteil 2 ist dabei dreistufig ausgebildet. Anhand der Figur 2 soll der Dampfvolumenstrom V bei vollständig geöffnetem Regelventil 3 dargestellt werden. Der Dampfvolumenstrom V tritt zunächst über ein Einlassventil 5 und das Einströmge¬ häuse der Dampfturbine in den Hochdruckteil 1 der Dampfturbi¬ ne ein und wird dort zunächst entspannt. Der so entspannte Dampf verlässt den Hochdruckteil 2 und strömt über das Regel¬ ventil 3, was im Ausführungsbeispiel als innenliegendes Re- gelventil ausgebildet ist.
In Figur 2 befindet sich das Regelventil 3 in einer ersten Endposition, bei dem es vollständig geöffnet ist. Hierdurch stellt es nur einen sehr geringen Strömungswiderstand dar, sodass der gesamte Dampfvolumenstrom V vollständig über das Regelventil 3, direkt in den Niederdruckteil 2 der Dampftur¬ bine strömt und hier auf den Umgebungsdruck bzw. einen leichten Unterdruck entspannt wird und im Anschluss daran den Nie¬ derdruckteil 2 verlässt.
Das Regelventil 3 befindet sich dabei stets ein seiner ersten Endposition, d.h. in der voll geöffneten Position, wenn der aus dem Hochdruckteil 1 kommende Dampfvolumenstrom V einen zulässigen Wert hinsichtlich seiner Nässe und/oder Temperatur aufweist. Wird die zulässige Temperatur unterschritten bzw. der zulässige Nässegehalt des Dampfes überschritten, wird das Regelventil 3 mehr oder weniger stark geschlossen.
Ist das Regelventil 3 vollständig geschlossen, d.h. ist es in seiner zweiten Endposition, so wird der gesamte Volumenstrom V einer Zwischenüberhitzung 4 zugeführt. Dieser Fall ist in Figur 3 näher dargestellt.
Figur 3 zeigt die in Figur 2 dargestellte Dampfturbine. In dieser Einstellung ist das Regelventil 3 vollständig ge¬ schlossen, so dass der gesamte Dampfvolumenstrom V der Zwischenüberhitzung 4 zugeführt wird und dort erhitzt wird.
Durch die Erhitzung wird der Nässegehalt im Dampf auf einen zulässigen Wert verringert und der Dampf wird anschließend den Niederdruckteil 2 zugeführt.
Zwischen der ersten Endposition (Figur 2) und der zweiten Endposition (Figur 3) gibt es vorzugsweise beliebig viele Zwischenpositionen, bei denen ein Teilvolumenstrom Vo des Dampfes direkt über das Regelventil 3 dem Niederdruckteil 2 zugefügt wird und ein zweiter Teilvolumenstrom Vz über die Zwischenüberhitzung 4 zunächst erhitzt wird und anschließend den Niederdruckteil 3 der Dampfturbine zugefügt wird. Die beiden Teilvolumenströme Vo/Vz werden dabei im Innengehäuse der Dampfturbine gemischt und treten als Gesamtvolumenstrom V in den Niederdruckteil 2 ein. Bei der erfindungsgemäßen Dampfturbine muss nicht wie bislang üblich, der gesamte Volumenstrom einer Zwischenüberhitzung zugefügt werden wenn der Nässegehalt im Volumenstrom einen zulässigen Wert überschreitet bzw. die zulässige Dampftempe¬ ratur unterschritten wird. Es reicht vielmehr aus, einen Teilvolumenstrom vom Volumenstrom abzuzweigen und lediglich diesem einer Zwischenüberhitzung zuzuführen und danach die beiden Teilvolumenströme wieder zusammenzufügen, sodass der Gesamtvolumenstrom zulässige Werte hinsichtlich des Nässege- haltes und der Temperatur erreicht, bevor er in den Niederdruckteil der Dampfturbine geleitet wird. Durch die Teilent¬ nahme des Dampf olumenstroms erhöhen sich der Wirkungsgrad und die Effizienz der Dampfturbine deutlich gegenüber dem Stand der Technik.
Die erfindungsgemäße Dampfturbine bringt besonders große Vor¬ teile bei Anwendungen mit stark schwankenden Dampfparametern, wie z.B. bei Biomasse oder Solaranwendung. Der Nässegehalt bzw. die Temperatur des Dampfes können durch die erfindungs¬ gemäße Dampfturbine sehr schnell auf einen zulässigen Wert angepasst werden.

Claims

Patentansprüche
Dampfturbine mit wenigstens einem Hochdruckteil (1) und wenigstens einem Niederdruckteil (2), wobei zwischen dem Hochdruckteil (1) und dem Niederdruckteil (2) wenigstens ein Regelventil (3) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Regelventil (3) zwischen zwei Endpositionen bewegbar ist und wobei
in der ersten Endposition des Regelventils (3) der
Dampfvolumenstrom vollständig über das wenigstens eine Regelventil (3) dem Niederdruckteil (2) zuführbar ist, in der zweiten Endposition der gesamte Dampfvolumenstrom zunächst einer Zwischenüberhitzung (4) zuführbar ist und in wenigstens einer weiteren Schaltstellung, die sich zwischen der ersten und der zweiten Endposition befindet, ein erster Teilvolumenstrom der Zwischenüberhitzung (4) zuführbar ist und ein zweiter Teilvolumenstrom ohne Zwischenüberhitzung dem Niederdruckteil (2) zuführbar ist .
2. Dampfturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Regelventil (3) als innenliegendes Re¬ gelventil ausgebildet ist.
3. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dampfvolumenstrom welcher der Zwischenüberhitzung (4) zugeführt wird abhängig ist, von der Nässe und/ oder der Temperatur des Dampfes nach dem Hochdruckteil (1) .
4. Dampfturbine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dampf, welcher der Zwischenüberhitzung (4) zugeführt wird auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Nässe im Dampf auf einen für den Niederdruckteil (2) zulässigen Wert gesenkt wird. Verfahren zur Regelung des Nässegehaltes beim Eintritt in den Niederdruckteil (2) einer Dampfturbine, wobei die Dampfturbine insbesondere ein schaltbares Regelventil (3) nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bestimmung des Nässegehaltes und/ oder der Temperatur des Dampfes nach dem Hochdruckteil (1),
beim Überschreiten eines vorgegebenen Nässegehalt des Dampfes und/ oder beim Unterschreiten einer vorgegebenen Dampftemperatur Entnahme, zumindest ein Teil des Dampf¬ volumenstroms ,
erhitzen des entnommenen Dampfvolumenstroms auf eine vorbestimmte Nässe und/ oder Temperatur,
Zuführen des Dampfvolumenstroms zum Niederdruckteil (2) der Dampfturbine.
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